北控环保工程技术有限公司污泥干化项目
初步技术方案
Turbo Thin Film Technology For Waste Treatment 世界领先的涡轮薄层干燥技术应用于环境废弃物处置
目录
1.项目概况 (1)
1.1设计目的 (1)
1.2主要设计条件 (1)
2.设计数据 (3)
2.1供应方工作范围 (3)
2.2工艺设计数据 (4)
2.3辅助设施可用性 (6)
2.4预期消耗 (7)
2.5排放 (8)
3.方案工艺描述 (9)
3.1污泥处置系统工艺选择 (9)
3.2 工艺介绍和描述 (10)
3.3 工艺系统的特点 (17)
4 方案系统设计 (20)
4.1主要工艺设备清单 (20)
4.2电气和自动化系统 (22)
4.3仪器仪表 (24)
4.4管线系统 (24)
4.5系统平面布置 (24)
5.系统设备投资估算和活性污泥减量处置经济测算 (25)
6.供应商简介 (27)
7. 全球部分环保污泥处置业绩表 (31)
8. 国内部分项目应用情况简介 (41)
1. 项目概况
1.1设计目的
非常感谢贵方对我方污泥处置系统的询问，针对贵方提出的污泥干化项目项目需求，我们提供的系统将脱水处理后污泥，干燥处理至含固率80%并造粒，输送至垃圾焚烧炉入料口：
?污泥干化处理：将脱水污泥经涡轮薄层干化系统处理至含固率80%，直接造粒成直径12-14mm，长度15-45mm的干污泥颗粒，经干污泥料仓储存并输送至垃圾焚烧系统的入料口。
?根据类似项目的实际运行情况，考虑到污泥粉尘化对系统安全的影响，必须实现严格的惰性化，系统被设计为在干燥器和气体回路内任何最不利的工况条件下，实现含氧量<4%，以保证生产的安全。
?方案设计范围：污泥干化工艺系统设计及经济估算。
1.2主要设计条件
1.2.1项目设计采用的基本参数如下：
1.2.2项目采用的公用设施参数如下：
冷却水水质
新鲜水水质
2.设计数据
2.1供应方工作范围
供应方与污泥干化和造粒系统相关的工作范围可做如下界定：
提供污泥干化系统的供货及工程设计、安装指导、培训、调试和服务并保证系统的工艺完整性，主要内容包括：
?工艺设计和基础设计；
?详细设计；
?设备供货（包括所供设备支撑和辅助钢结构）；
?电力分配和电马达；
?控制系统（CP控制台和PLC）；
?用于现场控制和安全的仪器仪表；
?系统设备安装和组装的现场指导；
?系统启动和最终验收的现场指导；
?业主方人员的培训；
买方任何的设计审查、确认和设备监造、验收，均不能免除供应方对供货范围内所有设备设计、制造、性能和安全方面的整体责任。
2.2工艺设计数据
2.2.1工艺设计原则
考虑了以下工艺设计原则：
?埋地式湿污泥料仓，接收车载运输的湿污泥，可以储存200m3的脱水污泥（两套湿污泥料仓）；
?污泥干燥器可以在额定蒸发量70%～110%之间运行；
?污泥干化系统能够生产最终含固率可在75～85%范围内进行调整的产品。设计能力定为含固率的80％；
?污泥干化系统由2条干化线构成；
?系统将采用低压蒸汽（1.2Mpa）作为加热介质；
?脱水活性污泥原料含固率大约为20±10%；
?在正常情况下，污泥干化系统可以处理每小时6.33吨脱水污泥，将其处理至含固率80%，并造粒成直径12-14mm，长度15-45mm的干污泥颗粒；
?系统为封闭式处理系统，在污泥储存和处理回路抽负压，避免臭气污染；
?污泥处置系统可按照每天24小时、每周7天方式连续运行，也可按照要求断续运行，系统保证工作时间不低于每年8000小时；
?干污泥料仓有效容积60m3（两套干污泥料仓），可储存干化污泥，配备保温加温装置避免产生凝结水，配备一氧化碳检测、泄爆阀等安全监控和保护装置。
?系统设计可以满足项目要求，并具有以下特点：无物料返混环节，一次性处理得到含固率可调节的均一产品。
2.2.2系统额定设计能力和数据
2.2.3 最终产品的出口条件
?含固率80 % DS ?干燥器物料出口温度<85 °C ?冷却后温度<40 °C
系统通过改变生产参数可以生产75~85%含固率的产品。
2.3辅助设施可用性
以下为最高峰条件（80%含固率产品）下的数据。
2.3.1供热
加热介质饱和蒸汽
入口温度188 °C
入口压力≥1.2 MPaG
流量可用性最大7000 kg/h
2.3.2电能
进线380 V – 50 Hz 三相
安装功率约720kW
PLC 系统220V (50Hz, 1 phase) 2.3.3新鲜水
入口温度20 °C
压力0.3 MPaG
可用性约15m3/h
2.3.4循环冷却水
入口温度20 °C
压力0.3 MPaG
可用性约150m3/h
2.3.5仪表风
入口压力0.6 MPaG
温度环境温度
可用性约8Nm3/h
2.4预期消耗
以下数据为如第2.2.2节所描述的运行条件下的整厂数据。预期数值为最高值，仅包括供货方供货内容。
2.4.1热量
蒸汽消耗～7000 kg/h
热能单位净消耗～690 kcal/kg 蒸发水
冷凝水流量～5.6m3/h
2.4.2电能
吸收功率～475kWh
2.4.3冷却水
用于冷凝液的间接冷却：120m3/h
入出口温差Δt +10-20°C
2.4.4新鲜水
预期消耗正常运行无连续消耗
2.4.5仪表风
预期消耗4Nm3/h
2.5排放
以下数据为如第2.2.2节所描述的运行条件下的整厂数据。
2.5.1废水
从气体洗涤和冷凝段排出的具有污染性质的水：
废水流量～7m3/h
温度35-40°C
压力环境压力
2.5.2废气
干燥系统有一种气态排放物需处理：
空气与不可凝工艺气体300-400 m3/h 温度～40 °C
相对湿度～100％
3.方案工艺描述
3.1污泥处置系统工艺选择
本方案处理的污泥，主要是来源于市政污水处理产生的脱水活性污泥，脱水活性污泥含固率约20%，车载进入埋地式湿污泥料仓，仓内污泥经破拱滑架系统收集，由仓底污泥出料螺旋输送机、污泥螺杆泵提升输送后，进入污泥干化系统处置，最终达到含固率80%，经高干度造粒成直径10-14mm，长度15-45mm的规则颗粒，经干污泥料仓暂存后定量输送到焚烧系统处理，在焚烧系统检修期间可由车辆运输暂存。
本方案设计污泥干化处置工艺系统，具有以下核心特点：
?脱水活性污泥干化后污泥减量达75%，减量化效果显著，大大节约后续处置费用；?干化工艺采用国际应用超过30年的涡轮薄层工艺系统，作为目前国内实际应用于含油污泥干燥的成熟工艺，系统能够适应各种复杂进泥情况稳定运行，无返混流程，安全性能优异，全自控运行，处理效率高，占地小，运行成本低，系统微负压运行，无臭气污染；
?干化后污泥含水率大大降低，性状稳定，热值增高，为后续能源化处置奠定良好的基础；
3.2 工艺介绍和描述
本项目污泥干化系统采用经国内外长期应用验证性能优异的涡轮薄层干化工艺系
统。
涡轮薄层干燥技术和设备研发应用起始于二十世纪六十年代，最早开发的目的是为
极易粉尘化而产生危险的面粉物料找到更加安全可靠的干燥技术，因而从最开始的系统
设计就遵循了确保最高安全性的要求。
独特的涡轮薄层干燥方式以及含有大量水蒸气的强制循环回路，形成了涡轮薄层干
燥技术在含水物料干燥处理上独有的优势和特点。
涡轮薄层干燥主机设备，采用了热传导给热和热对流给热相结合的换热模式，圆柱
形的高温热壁，在物料含水率高时确保高强度的传导给热干燥，高速旋转的主轴和桨叶
形成的高强度涡流热风，在输送污泥颗粒的同时，能够将含水率较低采用热传导方式难
以继续干燥的物料颗粒以热对流的方式快速干燥至设定的含固率，最高可达到含固率99%。
这种热传导结合热对流的干燥模式，具有高效的干燥效果，无需采用干泥返混流程，一步将含水率85-90%污泥直接干燥到含固率80%以上。在污泥快速干燥的同时，相比较传统的单一热传导干燥方式，蒸发效率可提高1.5-2倍，干燥处理消耗的时间仅为30%左右，节约能耗并降低运行成本。相比较单一热对流干燥方式，没有干泥返混和挤压塑性
的处理工序，能够处理含油污泥，处理效率更高。
由于具备含有大量水蒸气的强制循环主回路，配备抽取风机从主回路抽取少量气体
进行冷凝，并保持整个回路的微负压，与传统单一的热对流干燥系统相比，气体排放量小，并保证环境无臭气污染。
水蒸气是惰性化效果最好的气体介质之一，饱含水蒸气的气体中含氧量能够大大降低，从而实现在干燥处理含有爆炸性有机粉尘如污泥物料成分时达到最佳的安全性，如
果结合少量氮气密封，达到极低的含氧量，可以安全处理含有油（挥发性烃类）、溶剂等更加危险的物料。涡轮薄层干燥技术特有包含大量水蒸气的强制循环回路，在安全性方
面表现卓越，是全球唯一具有高含油污泥干化处置业绩的干燥系统，在天津石化的实际
应用和测试也证实了这一点。
在物料干燥过程中，物料的颗粒在高速旋转的主轴和桨叶以及形成的涡流热风作用下，沿圆柱形热壁表面形成松散的颗粒薄层，在风力作用下移动并排出干燥器，一方面
与干燥器热壁间没有压力接触位移与受力，避免对热壁的磨蚀，另一方面可是实现停机
时自排空干燥器内的物料，特别是在重启时，物料自排空可以确保设备的高安全性。
涡轮薄层干燥过程采用自控运行，自动调整，特有的气体温度-进料量反馈控制方式，可以确保在进料污泥含水率在较大范围波动情况下，干燥后物料的含固率按照设定值保
持稳定。
实际上，涡轮薄层干燥系统独有的特点和优势，可以允许应用于数以百计的物料干
燥处理，甚至是具有腐蚀性或者高含盐的液体干燥，它可以将含盐废液干燥至含固率99%以上成为稳定的固体。
迄今为止，涡轮薄层干燥系统在工业污泥和废弃物处置领域应用超过30年，全球
超过180条生产线成功运行，没有出现过安全性问题。
1）脱水污泥存储和喂料
脱水处理后的活性污泥，由车运至地埋式湿污泥料仓HST1暂存。
接收车载污泥，湿污泥料仓HST1采用埋地式设计，配备液压开盖系统和安全栅，用于接收车载污泥进入料仓。破拱滑架装置的主要功能：一方面为防止料仓内污泥架桥无法排出，另一方面是收集料仓内的污泥经过料仓底部的出料口，进入下部的出料螺旋。
湿污泥料仓内顶部装备料位计，监控仓内料位变化情况。考虑到湿污泥较长时间储存可能会出现臭气问题，料仓配备臭气抽吸管路接口。为防止快速进料和出料导致仓内气压变化影响，料仓装备有呼吸阀。
湿污泥料仓内的污泥，经液压破拱装置收集进入下部出料螺旋AC1，输送污泥进入污泥螺杆泵提升输送至干燥器喂料器的料斗中。喂料器DS1装备有破拱器和喂料螺旋，可将污泥喂入干燥器中。
2）产品干燥
污泥的干燥是基于涡轮薄层瞬间干燥技术。湿污泥通过喂料器到达卧式涡轮薄层干燥器ES1。涡轮薄层干燥器在入口处接收有待处理的污泥，这里也是工艺气体的入口。因此气体与污泥在干燥器内同向运动。
涡轮薄层干燥器主体为卧式水平轴结构，主要构造包括周围密闭的圆柱形带热夹套的干燥鼓，以及中心由旋转轴和桨叶组成的转子。在运行时干燥鼓的夹层内注入饱和蒸汽，内壁形成高温的热壁为污泥的干燥提供主要的热源。中心的转子以一定速度旋转，一方面将污泥打散成颗粒并在离心力作用下甩向热壁，另一方面特殊设计的桨叶旋转在干燥器内形成定向的涡流螺旋状热风，可以带动污泥颗粒在干燥器内定向移动形成松散的颗粒薄层，并吹拂污泥颗粒的表面形成热对流的干燥效果。
湿污泥进入干燥器后，在设备内部旋转的转子形成离心力作用下，湿污泥被迅速打散并甩到封闭的圆柱形干燥鼓内壁上，从而形成涡轮干燥薄层。污泥在设备内形成的气体涡流的强力作用下，紧贴着干燥鼓的内壁，持续地定向移动并形成良好的混合效果。这种干燥物料松散薄层方式结合了热传导和热对流的给热原理，可以达到很高的换热效率和热利用效率。
主要的热交换是靠与圆柱形干燥鼓同轴的热夹套中循环的蒸汽热传导实现的，而辅助加热和干燥物料输送是靠预热的气体完成的。预热气体与污泥的接触、并流运动，不会带来产品的降解和/或损害。事实上干燥器的进口处的热气体与高含湿量的冷产品接触，可以避免干泥的过热。
一般在涡轮薄层干燥机中的产品的量最大仅数十公斤（干物质，根据工作流的安排变化）。即使发生突然失电等紧急情况，整个系统电机停止运转的情况下，旋转涡轮的机械惯性也可以保证涡轮薄层干燥器内处理物料被基本清空，避免留存物料可能有害于系统重设、重启。
涡轮转子是由旋转轴和镀有耐磨材料的特殊形状的桨叶构成。转子安装在两个法兰连接端板中心线上的舷架轴承上。转子支撑和转动的轴承组安装在蒸发室外，因此没有弄脏和过热的风险。干化处理后的污泥颗粒由热气体带动离开涡轮薄层干燥器，与水蒸气一起进入分离段。
3）气固分离
经涡轮薄层干燥器处理后的产品进入旋风分离器C1中。在旋风分离器内固形物和气体因密度差别而被分离，干燥的产品收集在底部，而气体从顶部离开。
闭环回路保持微负压，避免任何粉尘排放到环境中。旋风分离器配备适当的保温以避免蒸汽冷凝的风险。在旋风分离器C1的底部，安装有旋转阀VS1。通过该阀分离后的固体产品落入造粒喂料器DS2中。
4）干化污泥造粒
干燥后的细颗粒状污泥，由旋风分离器分离后进入造粒喂料器DS2，并定量喂入造粒机PLT1。该造粒机用于将干化产品进行高干度造粒，即不添加水分对含固率80%以上的干化污泥进行造粒，造粒之后的物料进行筛分冷却机RF1，符合要求的成型颗粒进入后续输送螺旋输出，未成型颗粒经风机B3送回旋风分离器分离后重新造粒。
造粒机主要由采用高强度和高硬度的铁/铸铁的外壳、采用铸钢的带辊子牵引装置的中心轴、安装在凸轮轴上并在锥形滚珠轴承内旋转的自由压力辊、采用特殊硬化钢材料的造粒模具、带有微型开关的安全装置的前门、用于检查造粒模具和辊子、用于向造粒模具喂料的中心注射装置、用于造粒的切割的可调整的刀具、钢结构支撑系统以及驱动系统组成。
冷却筛分后的产品进入螺旋输送机AC2中。
5）气体除尘与循环
离开旋风分离器的气体进入一个洗涤除尘装置SCRB1进行除尘。粉尘进入水中，干净的气体进入回路重新循环。循环工艺气体由离心风机B1 抽取并循环到闭环干燥回路中。该循环气体被送入热交换器E1中，该热交换器被蒸汽加热，加热后的气体返回涡轮薄层干燥器。
6）不可凝气体抽取
为了避免气体排放至干燥车间内，由风机B2使闭路循环保持微负压。干燥回路抽取点位于连接离心风机循环和热交换器的集线器上。少量废气，其中可能含不可凝气体，从干化回路抽出经冷凝处理后，与湿泥储存抽取的臭气一起送往除臭装
置。
如无法送去集中的气体处理系统处理，可单独配备除臭装置，设备采用双流体稀释喷雾装置，超干雾粒子瞬间迅速主动捕捉空气中的恶臭气体分子并将恶臭粒子包裹住，以起到除臭的的作用。通过该系统将除臭剂液充分雾化，包裹粉尘颗粒，将臭气分子分解，从而消除粉尘和空间异味，达到标本兼治理的目的。
7）蒸发水和气体冷凝
风机B2抽取的不可凝气体首先被引入冷凝塔CO1进行冷凝。冷凝塔内气体通过一个颇尔环填料层被水逆向淋洗。水蒸气的冷凝是通过并合效果完成的。冷凝液被收集在冷凝塔底部，以溢流方式排放。
为优化资源利用，冷凝液采用循环冷却水进行冷凝，完成冷凝喷淋的循环冷却液进入至换热器中，经降温后回到冷凝液管线进行循环使用。
8）干化污泥提升和存储
螺旋输送机AC2输送的干化污泥，经斗式提升机AJ1提升进入干污泥料仓HST2存储。
干污泥料仓底部为平底，设有对象关联破拱装置，确保仓内干污泥的破拱和出料。
干污泥料仓设有一个出料口和一个干污泥出料螺旋，出料口配备刀闸阀，在出料时开启。出料口下配备出料伸缩节，在干污泥向输送车内出料时调节底端高度，避免高差过大产生的扬尘。
考虑到高含固率的热干化污泥存储过程中可能的再复水倾向，干污泥料仓配备多个探头组成的温度探测系统，并采用保温和加温的温度控制系统，避免料仓内部出现冷凝水。考虑到热干化污泥的较高入仓温度和热量累计风险，干污泥存储配备一氧化碳检测、泄爆阀等安全监控和保护装置。
9）干化污泥输送至焚烧
干污泥料仓存储的干化污泥，由底部的出料口进入干污泥出料螺旋AC3，汇集到干污泥输送螺旋AC4中，输送至斗提机AJ2中进行提升，提升后的物料送入焚烧系统进料口。在焚烧炉停产或检修时，干污泥颗粒通过车运另行储存。
10）工艺控制
污泥干化工艺采用PLC对工艺进行自动控制。PLC的编程是根据供应商的工艺诀窍和经验的特定逻辑顺序而进行的。
由于污泥干化工艺所处理的物料为废物，多项因素可能导致运行的变化，这些变化可能导致工艺不稳定甚至阻断，因此，为了保证运行的安全性，设计应尽可能简化和实现单变量单输出，避免变量之间的互相干扰。
涡轮薄层干化工艺由于工艺本身的特点，具有实现最简洁和可靠的闭环、条件(连锁)控制。在基本条件设定后，可以通过在线仪器仪表，准确地实现对工艺的控制。
对于干燥工艺而言，给热是独立于干化工艺运行条件的前提条件。给热条件的设定是以蒸汽输入量及其入、出口温度、压力来衡量的。
在本项目中，蒸汽进入换热器，加热工艺气体；进入干燥器夹套，加热干燥器本身。热量源源不断输入干燥系统后，产生工艺气体的温升。由于工艺气体量是一定的，通过测量干燥器入口、出口温度，可以了解系统的给热状况。当达到设定工艺温度后，系统开始定量喂入湿泥，湿泥与热壁和热介质接触，产生蒸发。随着湿泥喂入量分步到位，干燥器出口温度稳定在一个合适的温度区间。该温度与产品最终含固率有较为准确的一一对应关系。
产品的含固率变化可以通过多种调节方式来进行，其中除了桨叶角度为冷机机械调整外，均为热机在线调整：
工艺的大幅度调整一般在工厂调试阶段均以菜单形式记录和保存下来，以备在实际运行中调用。因湿泥状况变化而需要作出的临时调整可由操作人员现场进行。
工厂的开机和关机均为执行一个一系列预先设定好的命令集的过程。开机的目标是在确保安全和温度合适的条件下，建立系统内的物料和热平衡。关机的目标是在确保安全和阻断湿泥进料的同时，实现干燥器的缓慢降温和冷却。这些过程对干燥器的长期稳定运行是十分必要的。
涡轮薄层干化的工艺控制主要是对干燥器出口工艺气体温度的控制。污泥干化回路内可能存在大量干扰性物质，这些物质可能造成仪器仪表失效。这种以温度为核心的控制所需仪器仪表更为耐用和可靠，精度误差对工艺安全和运行影响不大。
涡轮薄层工艺回路上的压力测量仅用于安全目的以检测工艺回路的异常状况。
在本项目中，因处理生化污泥的需要，以及确保工艺回路获得必要的惰性化，采用测氧仪作为监测手段。
系统中还采用了转速、电流检测等，是设备长期稳定运行的主要手段。
3.3 工艺系统的特点
3.3.1 污泥涡轮薄层干化工艺系统的特点
?成熟工艺可确保投资的有效性、可靠性和稳定性
涡轮薄层干化工艺系统已在全球应用超过40年，实现了180台套以上的环境废弃物处理装机量，这些项目绝大多数都在良好运行。作为业内历史最长的公司之一，系统应用从未发生恶性事故。
数十年来，它的主要用户群遍布世界，如法国巴黎、马赛、里昂，意大利的罗马、米兰和威尼斯，德国的慕尼黑，巴林，基辅，以及中国北京等，也包括像巴西石油、意大利埃尼石油、中石化、中石油等大型石化企业，这反映了这种技术的成熟度和认知度。
在中国建设的北京水泥厂500吨/天的污泥干化系统，自2010年验收以来一直保持良好运行，是目前国内运行率最高的大型市政污泥干化处置系统。
2011年建设并调试验收的天津石化项目，是中石化系统内第一个也是目前唯一的能够进行含油污泥干化的处理系统。在2012年天津石化业主对系统处理高含油污泥（罐底、池底油泥和浮渣）进行了测试，涡轮薄层污泥干化系统显示出了良好的适应性和出色的系统安全性。
?高度惰性化工艺回路，保证系统运行安全。
涡轮薄层干化工艺系统的工艺气体为闭路循环系统，循环工艺气体的高水蒸气浓度实现自惰性化，实际运行系统气体回路含氧量低于3%，在处理含油污泥时，在仅消耗少量氮气的情况下，达到回路含氧量低于0.5%。即使在突然停机等最不利条件下也仍能保持气体回路上任意一点的超低含氧量，从而确保工艺系统运行安全。
?进泥含水率波动情况下，确保干化污泥含固率稳定。
因涡轮薄层干化系统的工艺原理，在进泥含固率波动情况下，实际运行通过自动控制，可自由调节出泥干度，确保干化污泥含固率稳定，在天津石化和北京水泥厂等项目实际运行中已得到验证。
?干化污泥无过热情况，含固率精确控制，避免粉尘产生。
涡轮薄层干化系统采用热传导结合热对流的干燥原理，污泥处理停留时间短，出泥温度低于60℃，从而避免干化污泥过热情况出现；干化污泥含固率精确控制在65-80%，从而避开易产生粉尘的污泥含固率范围，达到避免粉尘产生的效果，确保系统安全。
?能耗低，是世界上本领域热能能耗最低的工艺之一，运行成本低。
?系统设备简洁，无需其他工艺的干泥返混等设备，设备紧凑占地少，系统投资经济性好。
?配备上位机控制系统自动控制系统运行，设备维护量极少，运行费用低。
?核心设备涡轮薄层干燥机原装进口，确保整机的运行稳定。
?回路保持微负压，不会向工作环境排放气体，避免二次污染。
3.3.2 涡轮薄层干燥机的特点
?全球应用超过40年，实际运行证实设备稳定可靠。
?干燥器特殊的结构设计和工作原理，物料不会在热表面粘连、结垢，换热面可得到持续更新，不依赖于物料本身的性状；无论产品性状变化，干燥器本身没有阻滞，不受影响，不会造成换热面失效或损失。
?设备处理实现全自控运行，实际运行验证在进泥含水率大幅波动情况下，仍可确保出泥干度精确控制。
?干燥器可实现停机自清空内部污泥，满足频繁开停机断续处理需求，确保系统紧急停车安全。
基于干燥器内部强力的涡轮气流作用效果，设备能够在停机时实现对内部处理物料的自清空，从而实现更短的停机清理周期，日常开停机操作在上位机操作系统上实现“一键操作”，允许频繁开停机断续使用，并确保紧急停机时设备的安全。
?独特的污泥颗粒气流输送方式，减少磨损，确保设备使用寿命。